Dividindo o indivisível: a descoberta dos elétrons

Modelos Atômicos I
COLÉGIO INEDI
Prof. Luiz Antônio
Tomaz
Os gregos filósofos Demócrito e Leucipo
acreditavam que haveria um limite para
dividir a matéria, ou seja, a matéria seria, a
partir de um dado instante, indivisível.
Em grego, indivisível pode ser entendido como
“átomo”.

Demócrito e Leucipo: pioneirismo.

Durante séculos esquecidos.
O modelo de John Dalton
O modelo atômico proposto (1808) por Dalton,
também conhecido por “bola de bilhar”, por
lembrar uma bola maciça e indivisível, foi
suficiente para explicar as reações químicas
como sendo um “rearranjo” entre os átomos.
John Dalton e seu modelo.
Os modelos evoluem
Na segunda metade do
século XIX, trabalhos
envolvendo eletricidade
(já adiantados na
época, como a eletrólise
ao lado) e
radioatividade não
encontravam
explicações
convincentes à luz do
modelo de Dalton. Há
necessidade, portanto,
de um modelo melhor
que o de Dalton.
Dividindo o indivisível: como
começou?
No século XIX, os
trabalhos de Willian
Crookes (1878)
mostraram
experimentalmente que,
quando submetidos a
baixas pressões, os
gases podem se tornar
condutores elétricos.
Ampola de Crookes: o que é ?
Um tubo de vidro (ampola),
apresentando nas
extremidades dois metais
chamados eletrodos. Estes
são ligados a uma fonte
(bateria) de alta “voltagem”
ou tensão. O dispositivo é,
então, ligado a uma bomba
de vácuo para retirar o ar
do interior.
Ampola de Crookes: como
funciona ?
Quando a pressão interna
exercida pelo gás for
reduzida a um décimo
(1/10) da pressão
ambiente, observa-se
queo gás entre os
eletrodos passa a emitir
luminosidade.
Ampola de Crookes: como funciona ?
Quando a pressão for reduzida
para cerca de
1/100 000 da pressão ambiente,
desaparece a luminosidade,
restando uma “mancha”
luminosa atrás do ânodo. Essa
“mancha”, concluiu-se, provém
do pólo positivo ou cátodo; por
isso, os raios foram chamados
raios catódicos.
Dividindo o “indivisível”: a
descoberta dos elétrons
Referenciado-se nos trabalhos de Crookes e
aperfeiçoando-os, Joseph Thomson (1887),
esclareceu que os raios catódicos são, na
verdade, constituídos por um fluxo de
partículas menores do que os átomos e
dotadas de cargas negativas.
Denominou-as elétrons.
Dividindo o indivisível: descoberta
dos elétrons
Thomson concluiu que
essas partículas
(raios catódicos)
eram dotadas de
carga negativa, pois
ao submetê-las a um
campo elétrico eram
atraídas pelo pólo
positivo desse
campo. Lembremonos: cargas elétricas
de sinais contrários
se atraem; de mesmo
sinal, se repelem.
Dividindo o indivisível: a
descoberta dos elétrons
Em 1897, Thomson sugeriu que o
átomo seria formado por uma
esfera positiva “incrustada” de
elétrons (carga elétrica
negativa). A conclusão de que
a esfera deveria ser positiva
está relacionada ao fato de os
átomos apresentarem carga
elétrica total nula. O grande
mérito de Thomson foi admitir
(e comprovar) que o átomo
seria divisível.
O modelo “pudim de
ameixas”.
Dividindo o indivisível: descoberta
dos elétrons
Thomson e seu modelo ao lado.
Dividindo o indivisível: descoberta
dos elétrons
Um dos fatores que contribuiu para a “vida
curta” do modelo de Thomsom foi a
descoberta da radioatividade.
Radioatividade: outra evidência de
que o átomo é divisível
Antoine Becquerel (1896)
descobriu que certos materiais
que contêm urânio emitem
espontaneamente radiações
(raios) de grande poder de
penetração, capazes inclusive
de “manchar” um filme
fotográfico. Mais tarde o casal
Marie e Pierre Curie descobriu
que os elementos polônio e
rádio também eram radioativos.
Radioatividade: outra evidência de
que o átomo é divisível
Através de experiências,
como submeter emissões
radioativas a um campo
magnético, Rutherford
(1903) verificou que elas
sofriam diferentes desvios.
Radioatividade: outra evidência de
que o átomo é divisível
Pode, assim, identificar três tipos de emissões
(denominadas por letras gregas):






Radioatividade: outra evidência de
que o átomo é divisível



Raios alfa (), partículas “pesadas” e
carregadas positivamente;
Raios beta (), partículas “leves” e carregadas
negativamente;
Raios gama (), ondas eletromagnéticas (sem
“peso”) de grande energia e penetrantes.
Dividindo o “indivisível”: a
descoberta dos prótons
Rutherford,
trabalhando com
partículas alfa e o
dispositivo ao lado,
propôs um modelo
atômico que ficou
conhecido com seu
nome.
Dividindo o “indivisível”: a
descoberta dos prótons
No experimento
realizado, a maioria
das partículas alfa
atravessou a lâmina
de ouro, algumas
poucas desviaram e
outras poucas
também
ricochetearam.
Dividindo o “indivisível”: a
descoberta dos prótons
Rutherford concluiu então:

no átomo há grandes
espaços vazios, pois a
maioria das partículas
atravessou a lâmina;
Dividindo o “indivisível”: a
descoberta dos prótons
Rutherford concluiu então:
No centro do átomo,
existe um núcleo muito
pequeno e denso (muita
massa). Algumas
partículas alfa foram
rebatidas;

Dividindo o “indivisível”: a
descoberta dos prótons
Rutherford concluiu então:

o núcleo tem cargas elétricas
positivas (Rutherford
denominou-as prótons), pois
as partículas alfa, que
possuem carga positiva,
quando passavam pelo núcleo
, eram repelidas sofrendo
desvio (cargas de mesmo
sinal se repelem).
Modelo planetário de Rutherford
Rutherford admitiu ainda que os elétrons estariam girando ao
redor do núcleo, o mais afastados possível para não serem
“engolidos” (cargas de sinais contrários se atraem).
Modelo “planetário” de Rutherford
A contribuição de Niels Bohr
O modelo proposto por Rutherford, embora
revolucionário, apresentava um problema:
era contraditório a um conhecimento já
existente na época. As partículas elétricas
em movimento acelerado emitem energia.
A contribuição de Niels Bohr
Se os elétrons estiverem girando (com
aceleração centrípeta) perdem energia
gradativamente. Diminuindo a velocidade e
em espiral, “caem” no núcleo.
A contribuição de Niels Bohr
Em 1913, o dinamarquês
Niels Bohr concluiu uma
série de postulados, isto é,
afirmações que não
precisam comprovação
(tanto experimental quanto
teórica), a esse respeito.
Esses postulados não
faziam muito sentido,
quando comparados aos
conhecimentos de Física da
época.
Postulados de Niels Bohr
1. Os elétrons giram em orbitas
circulares e somente a
determinadas distâncias do
núcleo (essas órbitas são
chamadas camadas ou
níveis de energia). Salientese que um elétrons não
pode permanecer entre
dois níveis de energia;
Postulados de Niels Bohr
2. Um elétron pode passar
de um nível para outro
de maior energia,
desde que absorva
energia externa
(energia elétrica, luz,
calor, etc.);
Postulados de Niels Bohr
3. Quando o elétron
retorna para o nível
de energia menor, o
átomo devolve essa
energia (em geral na
forma de luz).
Rutherford ou Bohr?
Os postulados de Bohr não são contraditórios
ao modelo de Rutherford, mas
complementares. Por isso, ficou o modelo
conhecido como modelo de Rutherford-Bohr.
Surge outro modelo?
As modificações dos modelos atômicos não param
por aí. Em 1915, o cientista Sommerfeld
aperfeiçoou o modelo de Rutherford-Bohr admitindo
não só a existência de orbitas circulares, mas
também elípticas.
Surge outro modelo?
Sommerfeld analisou a quantidade de energia que um
elétron desprendia em forma de luz. Diferenças
encontradas devem-se ao fato de as camadas
possuirem subdivisões ou subníveis de energia.
A descoberta do nêutron
Em 1932, James Chadwick
descobriu uma outra
partícula subatômica de
massa muito próxima à
massa do próton, mas sem
carga elétrica (neutra,
portanto). Essa partícula
passou a ser chamada
nêutron e localiza-se no
núcleo do átomo.
Os modelos não param de evoluir?
Atualmente, há um
modelo muito
aperfeiçoado, baseado
na idéia de orbitais,
apresentando
inúmeras partículas
subatômicas.
Os modelos não param de evoluir?
Entretanto, por enquanto, para estudar, entender,
explicar, prever,... os fenômenos químicos bastanos estudar as três partículas fundamentais.
Os modelos não param de evoluir?
A saber,de acordo com o modelo de RutherfordBohr, o próton, o elétron, o nêutron.
Quanto os conceitos de Química exigirem uma
abordagem de outros modelos, isso será feito.
Modelos atômicos
That's all folks!